Il presente Rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nell’ambito dell’Area USI FINALI, relativamente al Progetto 2: “Evoluzione della Domanda Elettrica e delle Tecnologie per gli Usi Finali”. Dal 1° gennaio 2007 è operativa a livello nazionale la certificazione energetica degli edifici. La certificazione energetica degli edifici, introdotta dalla Direttiva 2002/91/CE, mira a sensibilizzare gli utenti sugli aspetti energetici all’atto della scelta dell’immobile. Il processo è anche inteso ad una migliore conoscenza dei consumi energetici nel settore civile, che costituiscono una quota decisamente rilevante dei consumi energetici nazionali. La Direttiva 2002/91/CE non indica un procedimento unico per la certificazione, lasciando libertà di scelta ai paesi membri. La piena applicazione di tale procedura a livello nazionale comporta allora l’emissione di linee-guida, rivolte ai soggetti interessati (normatori, certificatori, fruitori). A tale proposito, si rivelano di grande utilità ed interesse tutte le attività finalizzate ad una maggiore conoscenza delle tecnologie dell’edilizia che hanno impatto sull’uso razionale dell’energia (prime tra tutte, l’illuminazione e la climatizzazione). Questa maggiore conoscenza, anche quando solo a livello di prospettiva e di tendenza, amplia la gamma di possibili opzioni e scelte funzionali al conseguimento di più elevati livelli di etichettatura energetica. Il presente rapporto descrive le attività di accompagnamento all’applicazione della Direttiva sulla certificazione energetica, svolte nel 2007 nell’ambito del Progetto di Ricerca di Sistema “Evoluzione della Domanda Elettrica e delle tecnologie per gli usi finali” dell’Area “USI FINALI”. Tali studi sono stati finalizzati ad informazioni aggiornate sullo stato dell’arte e a indagini su prestazioni, monitoraggi e miglioramenti di efficienza di singoli apparati, ad uso prevalente di normatori e soggetti certificatori. Il rapporto considera un ampio ventaglio di tematiche ed è quindi strutturato in quattro parti, pressoché indipendenti. – La Parte I tratta della creazione, sulla base di un’indagine campionaria costituita da audit energetici, di una raccolta di informazioni relative all’attuale stato di utilizzo dell’illuminazione nel terziario in Italia, dal punto di vista quantitativo, di quello settoriale e di quello delle tecnologie utilizzate – La Parte II considera un’analisi di settore dello stato dell’arte e delle prospettive dell’illuminazione attraverso tecnologie LED e OLED e valutazione del risparmio energetico che si può conseguire con l’impiego delle sorgenti a stato solido – La Parte III descrive attività di monitoraggio su pompe di calore ad acqua di falda e su caldaie a condensazione, finalizzate allo sviluppo di conoscenze di maggior dettaglio sul comportamento di impianti di climatizzazione – La Parte IV contiene una stima quantitativa aggiornata della consistenza del patrimonio edilizio nazionale di considerevole vetustà, quasi sempre non efficacemente isolato termicamente, per il quale gli interventi di isolamento possono portare potenzialmente a sensibili (e quantificabili) risparmi energetici per riscaldamento e/o raffrescamento in dipendenza della specifica zona climatica.

Parte I – Indagine campionaria sull’illuminazione negli edifici del settore terziario L’oggetto della presente tematica è un’analisi più dettagliata dei risultati di un’”Indagine campionaria sulle apparecchiature nel terziario in Italia (anno di riferimento 2004)” condotta nell’ambito del Progetto Scenari della Ricerca di Sistema-secondo triennio (2003-2005) e basata su 140 “energy audit” di altrettanti Unità Locali (U.L.), per quanto concerne i soli dati relativi all’illuminazione interna. L’Indagine campionaria di riferimento era volta a conoscere i consumi elettrici e termici (disaggregati per tipologia di utenza) e la diffusione delle apparecchiature nel Settore Terziario: tale Indagine aveva fornito, anche se su un campione ridotto, una prima valutazione del Settore nel suo insieme. Il presente studio è stato condotto per tutti i Settori economici del Terziario (Commercio, Sanità, Trasporti,…), con particolare riguardo ad alcune tipologie di utenze energetiche (Supermercati, Uffici, Alberghi, Ospedali,..) più idonee per valutazioni sul potenziale di miglioramento dell’efficienza energetica. Vengono effettuate valutazioni sia sul fabbisogno di illuminazione in quanto a consistenza della diffusione delle lampade (numero di lampade installate, suddivise per varie tipologie) e loro modalità di utilizzo (tempi medi di accensione), che sui relativi consumi elettrici. Il risultato del lavoro fornisce indicazioni sulla mappatura del parco lampade e sui consumi medi specifici, per tipo di utenza e per tipologia di sorgente luminosa, accompagnati dalla stima del potenziale di risparmio ottenibile con le migliori tecnologie di illuminazione. Nella prima parte dello studio si introduce il Settore Terziario con l’evoluzione dei suoi consumi elettrici nazionali disaggregati per le classi di attività economica secondo la classificazione Istat ATECO 2002. Successivamente viene spiegata la mappatura del campione di Unità Locali, sia per dare visibilità al dettaglio sulla numerosità per tipologia, sia per dare indicazioni sulla distribuzione geografica e climatica. Viene anche effettuato un confronto con le Unità Locali complessive attribuite in Italia dall’ultimo censimento ISTAT 2001. Quindi viene indagata l’illuminazione interna nel campione del terziario. Maggiori informazioni sull’illuminazione interna possono essere tratte nelle U.L. del settore Alberghiero, dove le lampade riscontrate coprono circa il 30% del parco lampade installato complessivamente nel campione esaminato. Per l’Indagine le lampade di gran lunga più installate complessivamente nel Terziario sono le lampade fluorescenti lineari, confermato anche nel nostro campione di U.L. dove questa tipologia d’illuminazione rappresenta circa l’88% in termini di numero di apparecchi mediamente presenti, mentre le incandescenti più le alogene costituiscono il 7,6%. Le lampade fluorescenti compatte (CFL) sono complessivamente ancora poco presenti (2,5%). Per quanto riguarda le lampade a scarica e le lampade allo stato solido (LED), la penetrazione negli ambienti interni del terziario è abbastanza sporadica. Le lampade fluorescenti lineari sono dunque la tipologia di gran lunga più diffusa nei settori del terziario, ad eccezione del settore “Alberghi, Ristoranti e Bar” (circa il 43,9% delle lampade mediamente installate sono incandescenti ed alogene contro il 43% sono fluorescenti lineari) e del settore “Attività immobiliari, noleggio, ecc.” (circa il 43,6% delle lampade sono CFL contro il 36,5% delle fluorescenti lineari). Le lampade ad incandescenza, presenti in tutti i settori tranne che nel settore “Attività finanziarie”, sono state riscontrate più cospicuamente (più del 90%) nel settore “Alberghi, Ristoranti e Bar”. I consumi per illuminazione interna coprono il 20,7% dei consumi elettrici complessivi nelle 140 U.L. indagate. Nelle 6 tipologie di Utenze energetiche (per un totale di 57 Unità Locali) esaminate più in dettaglio per effettuare valutazioni sul potenziale di miglioramento dell’efficienza energetica, sono stati ipotizzati 2 interventi di risparmio energetico nelle 57 utenze energetiche: il primo di sostituzione di Lampade Fluorescenti Lineari con Lampade Fluorescenti Lineari più efficienti con alimentatore elettronico (nei Supermercati, Alberghi, Banche, Uffici pubblici, Scuole, Ospedali), il secondo di sostituzione di lampade ad incandescenza con lampade CFL integrate (negli Alberghi). Dalla somma dei risparmi che si ottengono dai 2 interventi sui consumi complessivi, si ottiene un risparmio totale di 19,7% sul consumo per illuminazione nelle 57 Utenze. Parte II – L’illuminazione mediante tecnologia LED Il mercato dell’illuminazione si sta lentamente orientando verso nuove sorgenti a stato solido, ovvero verso i LED e gli OLED per illuminazione. Le sorgenti basate sui LED sono dispositivi il cui sviluppo tecnologico trae origine da quello dei vecchi LED usati negli indicatori degli strumenti e sono quindi formati da cristalli di semiconduttore inorganico. Le sorgenti basate sugli OLED impiegano invece materiali organici.

Comunque, anche se le tecnologie di LED e OLED sono totalmente differenti, a grandi linee, il principio di funzionamento di questi dispositivi rimane simile. A livello mondiale, lo sviluppo dei LED e OLED per illuminazione viene incentivato e sorretto con l’obiettivo di ottenere efficienze di conversione di energia elettrica in energia luminosa molto più alte del 5% tipico delle lampade ad incandescenza o del 25% delle Lampade Fluorescenti. Nonostante che il massimo teorico dell’efficienza di LED e OLED sia prossimo al 100%, contrariamente a quanto succede per le lampade ad incandescenza e per le lampade fluorescenti le cui efficienze non sono suscettibili di ulteriori sensibili miglioramenti, per raggiungere efficienze molto più alte di quelle delle tecnologie convenzionali devono ancora essere sviluppati ed approfonditi molti aspetti scientifici e tecnologici. Attualmente le sorgenti LED e OLED commerciali hanno complessivamente efficienze rispettivamente 8% e 4% circa, mentre i programmi di ricerca e sviluppo internazionali si sono posti gli obiettivi di raggiungere entro il 2015 efficienze del 45% per i LED e del 57% per gli OLED. Gli studi e le analisi fatti a livello internazionale relativi allo sviluppo dell’illuminazione a stato solido prevedono un potenziale di risparmio energetico del 50% nell’anno 2025 rispetto a quello che si avrebbe utilizzando le tecnologie, sia pur migliorate, in uso nell’anno 2005: una quantità di energia enorme, stimabile per l’Italia in non meno di 25 TWh/anno ed equivalente all’energia prodotta ogni anno da tre centrali da 1100 MW. Per questo motivo, in relazione alla gestione dell’energia, lo sviluppo tecnologico e commerciale dell’illuminazione a stato solido deve essere considerato strategicamente importante prima ancora che commercialmente utile. I settori in cui l’illuminazione a stato solido può portare a significativi futuri risparmi energetici ed economici sono i settori commerciale, domestico e, anche se in minore misura, il settore industriale, mentre per il settore dell’illuminazione esterna le efficienze sono già molto alte e il risparmio energetico possibile sarebbe relativamente modesto. Attualmente i prezzi dei LED per unità di illuminazione prodotta sono troppo alti per competere con le lampade tradizionali e il loro uso è oggi confinato a mercati di nicchia come quello delle indicazioni per la sicurezza e della segnaletica stradale (semafori, cartelli luminosi) nei quali si sono constatati significativi risparmi e tempi di ritorno economico relativamente brevi (3-4 anni). I tempi necessari per poter avere una significativa diffusione delle sorgenti LED e OLED e per ottenere quindi sensibili risparmi energetici sono stimati in circa 8-15 anni I tempi necessari allo sviluppo auspicato e previsto della illuminazione a stato solido sono determinati da aspetti tecnologici come il miglioramento della conversione dell’energia elettrica in energia luminosa all’interno del semiconduttore, l’efficienza di estrazione dei fotoni dal semiconduttore e la geometria di emissione della luce. Ognuno di questi aspetti ha generato molti programmi di ricerca nel campo della fisica fondamentale e nel campo del design industriale, in buona parte sostenuti da finanziamenti statali (USA, Cina, Taiwan, Giappone) ed industriali. Negli Stati Uniti sono state approvate delle leggi ad hoc per favorire lo sviluppo della illuminazione a stato solido tramite finanziamenti statali (50 – 100 M$/anno) e tramite appoggio organizzativo. In questi ultimi sei anni, l’attività di ricerca e sviluppo, pur essendo ancora molto distante dal raggiungimento degli obiettivi finali, ha comunque fatto molti progressi coinvolgendo molte industrie leader nei settori elettronico e dell’illuminazione e molti laboratori e università. Per questi motivi e vista la carenza di attività italiane pregresse in questo campo, le uniche possibilità per una attività di ricerca e sviluppo in Italia sono date da: – mantenimento di un osservatorio tecnologico con cui prevedere i risparmi energetici contribuendo alla previsione della domanda finale di energia – partecipazione a ricerche internazionali su aspetti tecnologici utili per l’industria nazionale nel tentativo di promuovere la produzione e diffusione della illuminazione a stato solido anche in Italia. Relativamente a questo aspetto, per poter determinare dei filoni di ricerca, andrebbero identificate le industrie interessate. L’estrapolazione all’Italia dei risultati ottenuti per gli USA, mediante il modello di valutazione della penetrazione nel mercato dell’illuminazione delle sorgenti luminose a stato solido, porta a stimare un risparmio energetico nell’illuminazione di circa 28 TWh/anno nel 2025 rispetto al consumo supposto nel caso che fossero impiegate solo sorgenti luminose tradizionali (lampade ad incandescenza, lampade fluorescenti, HID, ecc.). Questa quantità di energia può essere prodotta da circa quattro centrali da 950 MW funzionanti con una disponibilità di circa l’85%, escludendo le perdite di trasmissione e distribuzione e rappresenta circa l’8% di tutta l’energia elettrica consumata nel 2005.

Lo sviluppo e la diffusione dell’illuminazione a stato solido rappresenta quindi una grande opportunità di risparmio energetico ed economico per l’Italia, permettendo risparmi energetici tra il 5% e il 10% di tutta l’energia elettrica consumata. Parte III – Indagini su prestazioni di sistemi di climatizzazione Sono stati eseguiti monitoraggi su apparecchiature per climatizzazione di edifici in condizioni di funzionamento diverse da quelle di targa, in condizioni invernali ed estive. Il loro confronto con le rese energetiche di sistemi tradizionali ha costituito la principale motivazione dell’attività. Pompe di calore alimentate ad acqua di falda Lo sfruttamento dell’energia geotermica a bassa temperatura (energia termica del terreno o delle falde acquifere) per il riscaldamento/condizionamento degli edifici, mediante pompe di calore alimentate da energia elettrica, è una pratica tecnologica utilizzata già da parecchi anni in Europa, che non ha ancora trovato una larga diffusione in Italia. La promozione di una maggiore diffusione può giovarsi della raccolta e della messa a disposizione di dati sulle reali prestazioni di impianti già realizzati in Italia. Così facendo, si possono in particolare evidenziare sia i vantaggi (energetici ed economici) sia gli eventuali punti critici progettuali e/o gestionali di questa tecnologia, in modo da diffondere informazioni utili a migliorare sia le modalità di progettazione che di gestione di questo tipo di impianti. A questo scopo CESI RICERCA ha ritenuto significativo predisporre il monitoraggio di un impianto di dimensioni consistenti. Sono stati pertanto presi accordi con la Proprietà del CAR WORLD CENTER di Milano, che ha aderito all’iniziativa, per monitorare le prestazioni energetiche di uno tra gli impianti di acqua di falda più significativi, per tipologia e dimensioni, realizzati nella pianura padana. Le attività di monitoraggio dell’impianto, iniziate nel dicembre 2007; dopo il periodo di verifica e messa a punto del sistema di misura ed analisi dei dati, qui documentato, continueranno fino al termine della stagione di riscaldamento, e proseguiranno poi nella successiva stagione di condizionamento estivo, onde rendere possibile l’elaborazione dei bilanci stagionali di efficienza energetica dell’impianto Caldaie a condensazione Sono state effettuate presso CESI RICERCA delle prove di efficienza su di una caldaia a condensazione commerciale, installata in un edificio che funge da laboratorio di prova, con l’obiettivo di verificarne il comportamento con differenti temperature di mandata e differenti fattori di carico. Come prevedibile, i rendimenti misurati (che, in base alla loro definizione, possono essere anche maggiori del 100%) sono risultati ottimi e in linea con i valori dichiarati dal costruttore, perlomeno per quanto riguarda i test con la caldaia in funzionamento continuo. Per esempio, i risultati della prova n°1, quella con il rendimento misurato più elevato (106.7% a 41/34°C), è molto vicino al valore dichiarato (108% a 40/30°C); considerando inoltre che è stato ottenuto con temperature dell’acqua di poco superiori. Come era lecito aspettarsi, trattandosi di una caldaia a condensazione, i rendimenti più elevati si sono registrati nelle prove in cui il lo scambiatore acqua/fumi è stato messo nelle condizioni di svolgere in maniera efficace il proprio compito (bassa temperatura dell’acqua), permettendo di recuperare sia calore latente che sensibile. Così come avviene nelle caldaie tradizionali le condizioni di funzionamento e di gestione dell’impianto possono penalizzare pesantemente le prestazioni; nella prova con i risultati peggiori si è misurato infatti un rendimento del 85.3.% (con acqua a 60°C, fattore di carico del 24% e caldaia NON gestita dal termostato ambiente). Parte IV – Statistiche sul patrimonio edilizio residenziale al 2001 La conoscenza quanto più possibile completa ed aggiornata dello stato dell’edilizia residenziale nazionale si rivela un requisito sempre attuale ed imprescindibile in tutte le occasioni in cui si renda necessario effettuare stime realistiche di aspetti del patrimonio immobiliare riguardanti il riscaldamento. In particolare, si riscontra un fabbisogno sempre importante di informazioni relative allo stato di isolamento termico, alla presenza o meno di impianti di riscaldamento e al tipo di impianti eventualmente presenti, sia a livello disaggregato che a vari livelli di aggregazione (per zone climatiche, per vetustà, per tipologia di abitazione). Nel passato sono stati svolti innumerevoli studi, destinati alla raccolta e alla elaborazione di dati statistici, di provenienza varia (ISTAT, ENEA, ecc). Tali dati sono stati ampiamente utilizzati negli studi di settore ed hanno fornito una delle basi razionali sulla quale hanno operato le politiche energetiche nazionali.

Con particolare riferimento al presente scenario energetico e al complesso di politiche attuate o in corso di attuazione, informazioni di questo tipo si rendono oggi necessarie in supporto ad alcune specifiche incombenze legislative e normative: • la già citata Direttiva europea 2002/9/EC; il suo recepimento a livello nazionale non può prescindere dalla conoscenza delle specificità del settore ed in particolare da come l’edilizia residenziale italiana si posiziona attualmente nei confronti delle tecnologie utilizzate per l’isolamento delle pareti opache e vetrate e per le apparecchiature di riscaldamento • i Decreti Ministeriali sul risparmio energetico negli usi finali, il Piano d’Azione Nazionale dell’Efficienza Energetica e la legislazione di prossima emissione in ottemperanza ai relativi obiettivi, i quali necessitano di informazioni affidabili per valutazioni sempre aggiornate del potenziale di risparmio energetico raggiungibile con impianti di riscaldamento più efficienti o isolamenti più efficienti di quelli attualmente utilizzati L’attività considerata nella Parte IV del presente rapporto ha lo scopo di far fronte a queste esigenze di aggiornamento e si è basata sulla elaborazione di dati ISTAT disponibili on-line o cartacei e sul reperimento e l’elaborazione di dati ISTAT disaggregati, disponibili solo a titolo oneroso anche se pubblici. L’evoluzione dell’edilizia valutata su tali dati è stata quindi utilizzata per l’aggiornamento di scenari sviluppati in passato e ormai obsoleti. I risultati sono stati accorpati a livello di macrozona climatica. L’accorpamento è stato svolto a partire dai dati iniziali, disponibili a livello di provincia, attribuendo alla provincia la zona climatica caratterizzante il capoluogo di provincia stesso, con qualche eccezione per i Comuni relativi alle zone A ed F. I dati originari sono disponibili su richiesta. Vengono qui di seguito brevemente illustrati e commentati i risultati ritenuti più significativi. • La crescita dell’edilizia abitativa nel suo complesso è caratterizzata da un tasso di crescita al 2001 del 9,7% e del 14,5% al 2006 (valutato per estrapolazione). • La crescita è pressoché uniforme sulle zone climatiche A, B, C e D, mentre è meno forte nelle zone E ed F. • Si riscontra un lievissimo tasso di decrescita per i monolocali, mentre la crescita è particolarmente evidente per abitazioni composte da 4 e 5 locali. • Il numero di abitazioni in edifici monofamiliari ed in edifici medi (contenenti da 9 a 15 abitazioni) tende a decrescere, mentre si riscontra un aumento negli edifici piccoli (contenenti da 2 a 8 abitazioni) e, in misura ingente, in quelli grandi (contenenti oltre 15 abitazioni). Il confronto con i risultati della “stima2” mostra che la realtà in questo caso ha contraddetto in modo abbastanza evidente le passate previsioni, sia a livello quantitativo che qualitativo. • Il tasso di crescita, rispetto al 1991, degli alloggi occupati da residenti è simile a quello degli alloggi non occupati; esso è pari a circa 8% al 2001 e circa 12% al 2006. Molto maggiore è invece l’aumento percentuale degli alloggi occupati da non residenti, che è 220% al 2001 e 330% al 2006, riferito però ad un valore assoluto al 1991 molto piccolo (98.090 alloggi). • Accanto ad un’ovvia crescita delle abitazioni in edifici di recente costruzione, si riscontra un progressivo allontanamento dell’utenza residenziale da edifici costruiti prima del 1971. • Per quanto concerne l’evoluzione dell’edilizia residenziale riscaldata, occorre osservare un incremento graduale ma sempre presente in tutto il territorio nazionale e con poca dipendenza dalla zona climatica; a tale proposito, il confronto con i dati delle passate estrapolazioni “stima2” mostra una propensione all’installazione di impianti di riscaldamento maggiore del previsto (anche se non di molto) nelle zone climatiche A e B pur essendo caratterizzate da inverni relativamente miti. Per contro e con coerente parallelismo, si riscontra una progressiva e generale diminuzione dell’edilizia non riscaldata, quindi di una sempre minore propensione alla rinuncia a tale tipo di servizio. Nelle zone climatiche più fredde (D, E ed F) i procedimenti estrapolativi portano addirittura a prevedere nel 2006 la completa sparizione di alloggi non riscaldati. • Per quanto concerne la tipologia di impianto di riscaldamento utilizzato, sono state considerate quattro eventualità: 1. Impianto fisso centralizzato ad uso di più abitazioni 2. Impianto fisso autonomo ad uso esclusivo dell’abitazione 3. Apparecchi singoli fissi che riscaldano tutta o la maggior parte dell’abitazione (ad esempio, un caminetto o una grossa stufa)

4. Apparecchi singoli fissi che riscaldano solo alcune parti dell’abitazione (ad esempio, un radiatore elettrico fisso in una stanza) La maggiore propensione che si è riscontrata per il riscaldamento si traduce in un più esteso utilizzo della seconda e della quarta tipologia, a discapito di impianti di riscaldamento fisso centralizzato. • Si può osservare infine che il riscaldamento autonomo è sempre la soluzione tecnologica più adottata. Se poi si assume che la classe di vetustà sia anche indicativa dello stato di isolamento termico, si può anche affermare che la soluzione centralizzata sembra propria di appartamenti post ’45 ma ante ’71, quindi presumibilmente caratterizzati da scarsa attenzione all’isolamento, mentre la soluzione autonoma è decisamente tipica dell’edilizia post ’71.